JP2011507200A - 高圧放電ランプ用の電極およびこの種の電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

複雑な形状、殊に非対称的なヘッド部（３）を有する電極（１）が提供される。製造に際し、昇華型レーザが使用される。

Description

本発明は請求項１の上位概念に記載されている高圧放電ランプ用の電極に関する。この種の電極は殊にセラミック性の放電容器を備えた高圧放電ランプに適している。

WO 2005/062343には、電極のヘッド部内に孔を形成するために昇華型レーザが使用される、高圧放電ランプ用の電極が開示されている。

本発明の課題は、最適化された非対称的な形状を有する、高圧放電ランプ用の電極を提供することである。本発明の別の課題は、比較的複雑な形態の高圧放電ランプ用の電極を簡単かつ廉価に製造することができる方法を提供することである。

この課題は、請求項１ないし請求項５の特徴部分に記載されている構成によって解決される。

殊に有利な実施形態はそれぞれの従属請求項に記載されている。本発明によれば、タングステン材料または他の高熱耐性材料、例えばＴａＣから製造されており、また最適化された非対称的な形状を有する電極が提供される。

詳細には、１つのロッドまたはピンからワンピースで作り出されており、第１の部分としての電極ヘッド部および第２の部分としてのシャフトを備えた高圧放電ランプ用の電極が提供される。電極は昇華型レーザを用いて製造された非対称的な形状を有する。

したがって、殊に、ヘルメット状に構成されているヘッド部を製造することができ、ヘッド部の側壁面は除去されている。

別の実施形態においては、球状部の一部がシャフトの長手方向軸に平行に除去されており、球状部の一部の縁は殊にシャフトの縁の延長部と重なっている。

殊に、ヘッド部を楕円面または放物面として成形することができる。ヘッド部とシャフトの移行部はさらにアンダーカットを有することができる。

有利な実施形態においては、電極のシャフトには支柱状に長手方向に平行な溝が設けられている。また本発明は、上記のような少なくとも１つの電極を備えた高圧放電ランプ用の放電容器にも関する。

この電極は、セラミック性の材料、殊にＡｌ₂Ｏ₃から製造されており、また一方の側において閉じられている放電容器において有利に使用される。この種の放電容器は殊に高圧放電ランプ、殊に金属ハロゲン化物充填物を有する高圧放電ランプに使用される。

さらに本発明は、以下のステップ、すなわち、
−高融点材料、殊にタングステン、タングステンとの合金またはＴａＣからなる円柱状のロッドまたはピンを準備するステップ；
−ロッドの一方の端部をレーザ照射により球状化するステップ；
−そのようにして製造された塊状ないし中実なワンピースの電極を昇華型レーザにより後処理するステップ、
を有する、レーザを用いた電極の製造方法にも関する。

下記では電極の形状について詳細に説明する。

この種の形状は例えば、切り欠きを有するヘルメット状のヘッド部であるか、横断方向における環状溝を有するヘッド部である。殊に、電極のシャフトを複雑な形状に構成することもでき、殊に支柱状に長手方向の溝を設けることもできる別の有利な形状は、キノコ状に傘を有するヘッド部である。

本発明の別の態様はこの種の比較的複雑な形状の製造方法である。この製造方法にとって重要であることは、電極の成形に昇華型レーザを使用することである。この昇華型レーザとは、少なくともタングステンを昇華させるために十分である高ビーム密度を有するレーザを意味している。

高ビーム密度は、電極材料を処理および成形時に固体から直接的に気体の状態に移行させるに足るものでなければならない。このようなレーザとして十分に高い出力を有するＮｄ：ＹＡＧレーザまたはＣＯ₂レーザが考えられる。有利な態様として、少なくともタングステンを昇華させるために、レーザが最長で１μｍの長さの十分に短いパルスを提供し、また必要なエネルギ密度を供給する。典型的な繰り返し率は５〜５０ｋＨｚである。

この電極は、セラミック性の放電容器内に収容されている金属ハロゲン化物充填物に殊に良好に適している。この種の放電容器は金属ハロゲン化物ランプに使用される。

以下では、複数の実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 図３ａの線分Ａ−Ａの個所におけるヘッド部の断面図を示す。 図３ｂの線分Ｂ−Ｂの個所におけるヘッド部の断面図を示す。 図３ｃの線分Ｃ−Ｃの個所におけるヘッド部の断面図を示す。 図３ｄの線分Ｄ−Ｄの個所におけるヘッド部の断面図を示す。 図３ｅの線分Ｅ−Ｅの個所におけるヘッド部の断面図を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 図５ｂによる電極のヘッド部の断面図を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 図７ａの線分Ａ−Ａの個所におけるヘッド部の断面図を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 高圧放電ランプ用の電極の実施形態を示す。 この種の電極を備えた高圧放電ランプを示す。

図１は電極１の実施例を示す。電極１は円柱状のシャフト２および球状ヘッド部３を有する。球状ヘッドを丸くすることは高出力Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いた球状化（矢印を参照されたい）によって行われる。電極はワンピースでタングステンから製造されている。

図２は電極１の別の実施例を示す。図２ａには、本来は図１と同様の球状ヘッド部電極として製造された、タングステンから成る中実でワンピースの電極１が示されている。しかしながらこの電極１は、特殊な昇華型レーザが対称的な球状ヘッド部３の両側をシャフトに平行にヘルメット状に溶かし、その結果、側方の壁部分が除去されることによってさらに処理される。ヘルメット３’が残る。放電側の表面４も昇華型レーザによって特殊な湾曲部に調整することができる。

図２ｂにおいては、図２ａに示した電極がさらに処理されている。ここでは昇華型レーザによって、ヘルメット３’の中央部にはシャフトの軸を横断する方向において環状溝５が形成される。

図２ｃには、昇華型レーザによってヘルメット３’の先端にスリット６が形成されることによって、図２ａに示した電極がさらに処理されている。

図２ｄには、昇華型レーザによってヘルメット３’の先端に孔７が形成されることによって、図２ａに示した電極がさらに処理されている。

図３には、円柱状のヘッド部１１を備えた電極１０の成形が示されている。ここでもまた電極が塊状材料からワンピースで製造されている。図３ａは、昇華型レーザによってシャフト１２が本来の円柱状のロッドからどのように作り出されるかを示す。ここでもまた、図３ｂに応じて環状溝１３を形成するために昇華型レーザを使用することができる。図３ｃによれば、横断スリット１４もヘッド部に形成することができる。図３ｄによれば、ヘッド部の中心に孔１５を形成することができる。殊に、ヘッド部に複数の切り欠き１６を設けるためにも昇華型レーザを使用することができる。図４ａ〜図４ｅには、図３の電極に対応する断面Ａ−Ａ〜Ｅ−Ｅが示されている。

図５には、差し当たり図１に示した電極と同様に製造されている、中実な球状ヘッド部電極２０が示されている。しかしながら、この電極はさらに昇華型レーザによって一方の側の縁部が除去されるので、球状ヘッド部２１は一方の側においてのみシャフト２２から張り出しているか（図５ａを参照されたい）、一方の側２４においては他方の側２６に比べて短く張り出している（図５ｂを参照されたい）。図６には、図１に示した電極と同様に１つのロッドからワンピースで製造されている電極３０が示されている。この実施例においては、昇華型レーザがヘッド部３１を事後的に処理することによって、殊にレーザ照射を用いて処理することによって、および／または、タングステンピンがヘッド部の成形時に昇華型レーザの下方に位置決めされることによって、球状ヘッド部の成形後に非対称的な付加的な成形が達成される。すなわちヘッド部３１は楕円状などに成形される。

図７は、タングステンから成る中実でワンピースのピン電極３５を示す。この電極３５は、本来は一定の直径を有するＷピンまたはロッドから製造されている。ピンの本来の直径はヘッド３６において円柱状のピンとして維持されているが、シャフト３７の領域においては溝３８によって小さくされている（図７ａを参照されたい）。４つの溝３８が長手方向に平行にシャフト内に設けられているので、その熱容量は低減されている。シャフト３７の断面図が図７ｂに示されている。

図８は、DE 202006004567に記載されているような球状ヘッド部電極４０を示す。この電極は中実でワンピースのロッドから作成されている。ヘッド部４１においてはロッドの本来の直径が維持されている。ヘッド部はシャフト４３の方向において錐４２の形状になるように先細りされている。実際のシャフト４３の直径はヘッド４１部の最大直径よりも著しく短い。本発明によれば、ここでもまた昇華型レーザを用いて材料を除去することができる。従来においては、フライス削りの可能性しか公知でない。昇華型レーザを用いる加工の利点は、表面をよりきれいに切断することができ、電極を非接触に加工することができ、また成形を非常に精確に実現できることである。この利点はあらゆる種類の熱的な方式に対して、また機械的および化学的な方式に対して成立する。図９は、ここでもまた図１の未加工部材をさらに加工することによって形成することができる電極５０が示されている。シャフト５１は円柱状であり、ヘッド５２はきのこの傘の形状を有する。断面図ではヘッドの輪郭を放物面として表すことができる。傘の縁部５３を直線状に切断することができるか、図示されているように弓形に案内することができる。図１０は、高圧放電ランプ用の閉じられたワンピースの放電容器６０を示す。放電容器６０は有利にはセラミックから構成されている。内部空間６１に２つの電極６２が延びており、これらは図５に示したものと同様に非対称的に相互に延びている。従来では、この種の電極はコストを掛けて機械的に組み立てるか、１つの塊からフライス削りによって製造しなければならなかった（DE-A 36 40 990を参照されたい）。昇華型レーザを用いる新規の非接触式の方法を用いることにより、多数の３次元の形状を正確に加工することができる。ここでは電極のヘッド部６３が少なくとも近似的に楕円の形状を有しており、その熱容量は要求に応じて最適化されている。

レーザを用いる電極の製造方法は以下のステップを有する：
−高融点材料、殊にタングステン、タングステンとの合金またはＴａＣからなる円柱状のロッドまたはピンを準備するステップ；
−ロッドの一方の端部をそれ自体は公知であるようなレーザ照射により球状化するステップ；
−そのようにして製造された中実でワンピースの電極を昇華型レーザにより後処理するステップ。

球状化はDE-A 42 03 975に記載されている原理と同様に行われる。

Claims (10)

1. １つのロッドまたはピンからワンピースで作り出されており、第１の部分としての電極ヘッド部および第２の部分としてのシャフトを備えた高圧放電ランプ用の電極において、
   前記電極は、昇華型レーザを用いて製造された非対称的な形状を有することを特徴とする、高圧放電ランプ用の電極。
2. 前記電極ヘッド部はヘルメット状に構成されており、前記電極ヘッド部の側壁面は除去されている、請求項１記載の電極。
3. 球状部の一部が前記シャフトの長手方向軸に平行に除去されており、前記球状部の一部の縁はシャフトの縁の延長部と重なっている、請求項１記載の電極。
4. 前記電極ヘッド部は長円形または楕円形に成形されている、請求項１記載の電極。
5. 前記電極のシャフトは支柱状に長手方向に平行な溝が設けられている、請求項１記載の電極。
6. 前記電極ヘッド部はきのこの傘状に成形されており、殊に該電極ヘッド部の断面は放物面である、請求項１記載の電極。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の電極を少なくとも１つ有する高圧放電ランプ用の放電容器。
8. セラミック性の材料、殊にＡｌ₂Ｏ₃から製造されており、且つ、一方の側において閉じられている、請求項７記載の放電容器。
9. 請求項７または８記載の放電容器を有する高圧放電ランプ。
10. レーザを用いる電極の製造方法において
    高融点材料、殊にタングステン、タングステンとの合金またはＴａＣからなる円柱状のロッドまたはピンを準備するステップ、
    ロッドの一方の端部をレーザ照射により球状化するステップ、
    上記のステップに従い製造された中実でワンピースの電極を昇華型レーザにより後処理するステップ、
    を有することを特徴とする、電極の製造方法。

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